Лиття по виплавлюваних моделях (ЛВМ) - це промисловий процес, який також називається литтям по воскових моделях або литтям в руйнується форму. Форма руйнується, коли виріб витягується. Виплавлюваної моделі широко використовуються як в машинобудівному, так і в художньому лиття.
Галузь застосування
Особливості техпроцесу дозволяють застосовувати метод ЛВМ в широкому діапазоні: від великих підприємств до невеликих майстерень. Також можливо лиття по виплавлюваних моделях в домашніх умовах, в особистих і комерційних цілях для виготовлення деталізованих фігурок, сувенірів, іграшок, деталей конструкцій, ювелірних виробів. В якості наповнювача можна використовувати практично всі метали:
- стали (леговані і вуглецеві);
- кольорові метали;
- чавун;
- благородні метали;
- сплави, що не піддаються механічній обробці.
Втім, технологія універсальна - цілком можна виготовити відносно великі конструкції складних форм. Для полегшення техпроцесу використовують спеціалізоване обладнання для лиття по виплавлюваних моделях і 3D-моделювання за допомогою спеціалізованих програм.
Лиття в керамічні форми
Залежно від вимог до виробів використовують різні, найбільш підходящі технології. Точне лиття по виплавлюваних моделях (ТЛВМ) дозволяє отримувати найскладніші по конфігурації виливки з високою точністю, з мінімальною товщиною стінок і шорсткістю поверхні. Для ТЛВМ воскова модель занурена в рідку суміш на основі кераміки. Керамічна суміш сохне і формує оболонку форми для лиття. Цей процес повторюється, поки бажана товщина не буде досягнута. Потім віск видаляється в автоклаві. Однак цей метод характеризується високою вартістю, тривалістю технологічного процесу, виділенням шкідливих речовин у виробничій зоні і забрудненням навколишнього середовища залишками керамічних форм.
Лиття в форми з ХТС
У багатьох випадках при виготовленні виробів на дому до відливок складної конфігурації не пред`являється вимога низькою шорсткості, а для ряду художніх виливків поверхню з рівномірною шорсткістю не тільки допустима, але є дизайнерським рішенням. У цьому випадку доцільно застосовувати лиття по виплавлюваних моделях.
Технологія, розроблена для виробів, які не потребують гладких поверхонь, досить проста. Таку поверхню можна отримати литтям у форми з холодно-твердіючих сумішей (ХТС). Цей процес значно простіше, дешевше і екологічно чистіше.
Однак даний метод лиття по виплавлюваних моделях не дозволяє отримувати складні виливки з використанням виплавлюваних моделей. Це пояснюється тим, що при витоплення фігур значна частина модельного складу залишається в порожнині форми і може бути видалена лише прогартовує. Прогартовує, тобто нагрів до температури займання, модельного складу призводить до деструкції смоляного сполучного речовини ХТС. При заливці металу у форму із залишками модельного складу відбувається їх згорання, що приводить до викидів металу з форми.
Використання жідкостекольних сумішей
Нівелювати недоліки ХТС-технології при виготовленні деяких типів виливків дозволяє лиття по виплавлюваних моделях в жидкостекольной суміші з рідким каталізатором (ЖСС ЖК). Ці суміші з вмістом рідкого скла в кількості 3-3,5% і каталізатора близько 0,3% від маси піщаної основи почали застосовуватися за кордоном на початку 80-х і використовуються досі. За даними досліджень, ці суміші на відміну від ЖСС першого покоління відрізняються екологічною чистотою, хорошою вибіваемость і незначним пригаром на відливання.
Лиття по виплавлюваних моделях: технологія
Процес ЛВМ включає в себе операції підготовки модельних складів, виготовлення моделей виливків і літників, обробки і контролю розмірів моделей, подальшої збірки в блоки. Моделі, як правило, виготовляють з матеріалів, що представляють собою багатокомпонентні композиції, комбінації восків (парафіно-стеаринова суміш, природні тверді воски і т.д.).
При виготовленні модельних складів використовується до 90% повернення, зібраного при виплавлення воскових моделей з форм. Повернення модельного складу слід не тільки освіжати, а й періодично регенерувати.
Виготовлення моделей складається з шести етапів:
- підготовки прес-форми;
- введення в її порожнині модельного складу;
- витримки моделі до затвердіння;
- розбирання форми та вилучення моделі;
- охолодження її до кімнатної температури.
особливості техпроцесу
Сутність ЛВМ полягає в тому, що силіконова або воскова модель виплавляється з заготовки шляхом нагрівання, а простір, що звільнився заповнюють металом (сплавом). Техпроцес має ряд особливостей:
- При виготовленні формувальної суміші широко використовують суспензії, що складаються з вогнетривких дрібнозернистих матеріалів, що скріплюються сполучною розчином.
- Для заливки металів (сплавів) застосовують нероз`ємні форми, одержувані шляхом нанесення на модель вогнетривкої покриття, його сушіння з подальшим витоплюванням моделі і прожарювання форми.
- Для виливків використовуються одноразові моделі, так як вони руйнуються в процесі виготовлення форм.
- Завдяки дрібнозернистим вогнетривким пилоподібним матеріалами забезпечується досить висока якість поверхні виливків.
переваги ЛВМ
Переваги лиття по виплавлюваних моделях очевидні:
- Універсальність. Можна використовувати будь-які метали і сплави для лиття виробів.
- Отримання конфігурацій будь-якої складності.
- Висока чистота поверхонь і точність виготовлення. Це дозволяє на 80-100% скоротити наступну дорогу металообробку.
недоліки ЛВМ
Незважаючи на зручність, універсальність і гідну якість виробів, не завжди доцільно застосовувати лиття по виплавлюваних моделях. Недоліки головним чином пов`язані з наступними факторами:
- Тривалістю і складністю техпроцесу виробництва виливків.
- Завищеною вартістю формувальногоматеріалу.
- Великим навантаженням на екологію.
Приклад виготовлення виробу вдома: підготовчий етап
Лиття по виплавлюваних моделях в домашніх умовах не зажадає глибоких знань в металургії. Для початку підготуємо модель, яку хочемо повторити в металі. Як макета зійде готовий виріб. Також фігурку можна виготовити самостійно з глини, скульптурного пластиліну, дерева, пластика і інших щільних пластичних матеріалів.
Встановлюємо модель всередині скріпленої струбцинами або кожухом розбірний ємності. Зручно використовувати прозору пластикову коробку або спеціальну прес-форму. Для заливки прес-форми скористаємося силіконом: він забезпечить відмінну деталізацію, проникаючи в найдрібніші тріщини, отвори, западини і формує дуже гладку поверхню.
Другий етап: заливка силіконом
Якщо потрібне точне лиття по виплавлюваних моделях, для виготовлення форми без рідкої гуми не обійтися. Силікон готується по інструкції шляхом змішування різних компонентів (як правило, двох) і подальшого нагрівання. Для видалення найдрібніших бульбашок повітря ємність з рідкою гумою доцільно на 3-4 хвилини помістити в спеціальний портативний вакуумний апарат.
Заливаємо готову рідку гуму в ємність з моделлю і повторно проводимо вакуумирование. Для подальшого затвердіння силікону потрібен час (згідно з інструкцією). Використовувані напівпрозорі матеріали (ємностей і самого силікону) дозволяють на власні очі спостерігати процес формування прес-форми.
Витягуємо схопив гуму з моделлю всередині з ємності. Для цього звільняємо струбцини (кожух) і відокремлюємо дві половинки коробки - силікон легко відходить від гладких стінок. Для повного застигання рідкої гуми потрібно 40-60 хвилин.
Третій етап: виготовлення воскової моделі
Лиття по виплавлюваних моделях передбачає витоплювання плавкого матеріалу і заміщення утворився простору розплавленим металом. Так як віск легко плавиться, його і використовуємо. Тобто наступна задача - зробити воскову копію використаної спочатку моделі. Для цього і треба було створення гумової прес-форми.
Акуратно розрізаємо силіконову заготовку уздовж і дістаємо модель. Тут є невеликий секрет: щоб згодом точно з`єднати форму, розріз рекомендується робити не гладким, а зигзагоподібний. Прикладаються частини форми не будуть зрушуватися по площині.
Заповнюємо простір, що утворився в силіконової прес-формі рідким воском. Якщо виріб готується для себе і не вимагає високої точності сполучення деталей, можна залити віск окремо в кожну половину, а потім після застигання з`єднати дві деталі. Якщо необхідно точно повторити силует моделі, гумові половинки з`єднуються, закріплюються і в порожнечу за допомогою інжектора закачується гарячий віск. Коли він заповнить весь простір і застигне, розбираємо силіконову прес-форму, дістаємо воскову модель і підправляє вади. Вона послужить прототипом для готового виробу з металу.
Четвертий етап: формування
Тепер необхідно сформувати з зовнішньої поверхні воскової фігури термостійкий міцний шар, який після витоплювання воску стане формою для металевого сплаву. Виберемо спосіб лиття по виплавлюваних моделях з використанням крістобалітовой суміші (модифікація кварцу).
Формуємо модель в металевій циліндричної опоке (пристосуванні, утримує формувальну суміш при її ущільненні). Встановлюємо в опоку припаяну модель з ливникової системою і заливаємо суміш на основі кристобалита. Щоб витіснити повітряні кишені, поміщаємо в вібровакуумний апарат.
фінальний етап
Коли суміш ущільнився, залишається виплавити віск і залити в простір, що звільнився метал. Процес лиття по виплавлюваних моделях в домашніх умовах краще здійснювати з використанням сплавів, що плавляться при відносно невисоких температурах. Відмінно підійде ливарний силумін (кремній + алюміній). Матеріал зносостійкий і твердий, проте відрізняється крихкістю.
Після заливки розплавленого силуміну чекаємо, коли він застигне. Потім витягуємо виріб з обкопуванням, видаляємо литник і очищаємо від залишків формувальної суміші. Перед нами - практично готова деталь (іграшка, сувенір). Додатково її можна відшліфувати і відполірувати. Якщо в канавках намертво застрягли залишки ливарного виробництва, їх потрібно видалити бормашиною або іншим інструментом.
Лиття по виплавлюваних моделях: виробництво
Трохи інакше проводиться ЛВМ для виготовлення відповідальних деталей, що мають складну форму і (або) тонкі стінки. На виливок готового металевого виробу може піти від тижня до місяця.
Перший крок - заповнити воском форму. На підприємствах для цього часто застосовують алюмінієву изложницу (аналог розглянутої вище силіконової прес-форми) - порожнина, що має форму деталі. На виході отримують воскову модель трохи більших розмірів, ніж кінцева деталь.
Далі модель послужить основою для керамічної прес-форми. Вона також повинна бути трохи більше підсумкової деталі, так як метал після охолодження стиснеться. Потім, використовуючи гарячий паяльник, до воскової моделі припаюють спеціальну литниковую систему (також з воску), по якій розпечений метал поллється в порожнині форми.
Виготовлення керамічної прес-форми
Далі воскову конструкцію опускають в рідкий керамічний розчин, званий шликером. Робиться це вручну, щоб уникнути дефектів в литві. Для міцності шликера керамічний шар зміцнюють напиленням дрібного цирконієвого піску. Тільки після цього заготовку «довіряють» автоматиці: спеціальні механізми продовжують поетапний процес напилення більш крупного піску. Роботи тривають, поки керамо-піщаний міцний шар не досягне заданої товщини (як правило, 7 мм). На автоматизованих виробництвах на це йде 5 днів.
лиття
Тепер заготівля готова для виплавлення воску з прес-форми. Її поміщають на 10 хвилин в автоклав, заповнений гарячою парою. Віск розтоплюється і з оболонки повністю випливає. На виході отримуємо керамічну форму, повністю повторює форму деталі.
Коли керамо-піщана форма затвердіє, проводять лиття металів за виплавлюваними моделями. Попередньо форму нагрівають 2-3 години в печі, щоб вона не потріскалася при заливці розпечених до 1200 C металів (сплавів).
У порожнину форми надходить розплавлений метал, який в подальшому залишають остигати і тверднути поступово, при кімнатній температурі. Для охолодження алюмінію і його сплавів потрібно 2 години, для сталей (чавуну) - 4-5 годин.
фінішна обробка
Власне лиття по виплавлюваних моделях на цьому закінчується. Після застигання металу заготовку поміщають в спеціальну Вібромашини. Від щадить вібрації керамічна основа розтріскується і обсипається, металеве ж виріб своєї форми не змінює. Надалі проходить остаточна обробка металевої заготовки. Спочатку відпилюють систему заливки металу, а місце її контакту з основною деталлю ретельно шліфують.
На завершення контролери перевіряють, щоб розміри вироби відповідали заданим на кресленні. Алюмінієві деталі вимірюють холодними (при кімнатній температурі), сталеві попередньо нагрівають в печі. Фахівці використовують для контрольно-вимірювальних робіт різні інструменти: від простих шаблонів до складних електронних і оптичних систем. Якщо виявляється невідповідність параметрам, деталь або направляють на доопрацювання (виправний брак), або на переплавку (значний брак).
литниковая система
Конструкція литниково-живильної системи грає в ЛВМ провідну роль. Це пов`язано з тим, що вона виконує три функції:
- При виготовленні оболонок ливарних форм і блоку моделей літніковие системи є несучими конструкціями, які утримують на собі оболонку і моделі.
- Через систему каналів літника рідкий метал при заливці підводиться до відливання.
- При затвердінні система виконує функцію прибутку (живить елемента, що компенсує усадку металу).
оболонка виливки
В процесі ЛВМ ключовим є створення шарів оболонки форми. Процес виготовлення оболонки полягає в наступному. На поверхню блоку моделей, найчастіше зануренням, наносять суцільну тонку плівку суспензії, яку далі обсипають піском. Суспензія, наліпами на поверхню моделі, точно відтворює її форму, а пісок обсипання впроваджується в суспензію, змочується нею і фіксує склад у вигляді тонкого облицювального (першого або робочого) шару. Утворена кварцовим піском неробоча шорстка поверхня оболонки сприяє гарному зчепленню наступних шарів суспензії з попередніми.
Важливими показниками, що визначають міцність форми, є в`язкість і текучість суспензії. В`язкість можна регулювати введенням певної кількості наповнювача (наповненістю). При цьому зі збільшенням наповненості складу товщина прошарків сполучного розчину між частинками порошку зменшується, знижується усадка і викликані нею негативні ефекти, а також підвищуються міцнісні властивості оболонки форми.
використовувані матеріали
Матеріали для виготовлення оболонки поділяються на такі групи: матеріали основи, сполучні, розчинники і добавки. До перших відносяться пилоподібні, що застосовуються для приготування суспензій, і піски, призначені для її обсипання. Ними служать кварц, шамот, циркон, магнезит, високоглиноземний шамот, електрокорунд, хромомагнезіт і інші. Широко використовується кварц. Деякі матеріали основи оболонки отримують в готовому до вживання вигляді, а інші попередньо сушать, прожарюють, розмелюють, просівають. Істотним недоліком кварцу є його поліморфні перетворення, які протікають при зміні температури і супроводжуються різкою зміною обсягу, в результаті призводить до розтріскування і руйнування оболонки.
Плавний підігрів форм з метою зниження ймовірності розтріскування, який проводять в опорному наповнювачі, сприяє збільшенню тривалості технологічного процесу і додатковим енергетичним витратам. Одним з варіантів зниження розтріскування в ході прожарювання є заміна пилоподібного кварцового піску як наповнювача на диспергований кварцовий пісок поліфракційний складу. При цьому поліпшуються реологічні властивості суспензії, підвищується тріщиностійкості форм і знижується шлюб по засмічення і пробою оболонок.
висновок
Метод ЛВМ отримав широке розповсюдження. Його застосовують для отримання складних деталей в машинобудуванні, при виробництві зброї, сантехніки, сувенірної продукції. Для виготовлення прикрас з дорогоцінних металів використовують ювелірне литво по моделях, що виплавляються.
